石油的物理性质市公开课获奖课件

1、第三章 石油及油品物理性质 第1页第1页 石油及产品理化性质 本章主要内容：石油蒸馏曲线石油平均相对分子质量石油密度与相对密度石油粘度石油热性质第2页第2页第一节 恩式蒸馏、实沸点蒸馏、平衡汽化曲线 石油及产品理化性质 石油及其产品是由许多分子大小不同烃类与非烃类所组成复杂混合物。它们沸点不象单体化合物那样含有恒定值，而是随气化过程在一定温度范围内逐步升高，这个沸点范围称为沸程。第3页第3页一、恩氏蒸馏 恩氏蒸馏又称为ASTM蒸馏，是属于渐次气化，基本上不含有精馏作用。伴随温度逐步升高，不断气化和馏出是构成范围较宽混合物。因而馏程只是粗略表示油品沸点范围和普通蒸发性能。第4页第4页其测定过程下

2、列:将100ml油品放入原则蒸馏瓶中，按要求加热速度进行加热。初馏点(Initial Boiling Point，简称IBP)：馏出第一滴冷凝液气相温度 。10%、20%90%馏出温度：馏出液达10ml、20ml、直至90ml时气相温度 。终馏点(End Point)或干点：气相温度所能达到最高值。 第5页第5页图3-1 大庆原油中汽油、喷气燃料、轻柴油馏分恩氏蒸馏曲线 依据测得馏程数据，以气相馏出温度为纵坐标，以馏出体积百分数为横坐标作图即可得到某一油品蒸馏曲线。 第6页第6页 普通用蒸馏曲线斜率来表示该油品沸程宽窄。 斜率越小，表示沸程越窄。 第7页第7页普通惯用平均沸点来表征其气化性能。

3、油品平均沸点定义下列： 体积平均沸点tv（）：质量平均沸点tw（）： 第8页第8页立方平均沸点Tcu（K）：实分子平均沸点tm（ ）：中平均沸点tme（）： 第9页第9页二、实沸点蒸馏 实沸点蒸馏（True Boiling-Point Distillation，TBP）又称真沸点蒸馏，是评价原油蒸馏办法。 测定装置：相称于1418块理论板数填充精馏柱精馏装置。 第10页第10页 实沸点蒸馏测定过程：第一步：常压蒸馏，切取从初馏点到200各个馏分 。第二步：在残压为1.33KPa左右进行减压蒸馏，切取200 395各个馏分。第三步：在残压为0.27KPa下不用精馏柱减压蒸馏，切取395500各个

4、馏分，釜底残液为 500以上减压渣油。 第11页第11页图3-2 原油实沸点蒸馏曲线 将蒸馏过程中气相馏出温度与相应馏出物累计质量收率(m%)作图，即可得到实沸点蒸馏曲线 。第12页第12页三、平衡汽化 也称一次汽化或平衡蒸馏，是指油品在一定压力和温度下保持气液两相处于平衡状态下进行分离。 在一定压力下得到汽化率与温度之间关系曲线，即平衡汽化曲线。平衡汽化曲线初馏点，即0%馏出温度，为该油品泡点；其终馏点，即100%馏出温度，为其露点。第13页第13页恩式蒸馏、实沸点蒸馏、平衡汽化比较第14页第14页就曲线斜率而言，平衡汽化最平缓，实沸点蒸馏最陡；分离准确度：实沸点蒸馏最高，平衡汽化最差；对同

5、一油样，初馏点以实沸点蒸馏最低，其终馏点则最高，50%馏出温度处3条蒸馏曲线上温度差别不大；用恩式蒸馏50%馏出温度大体表示油品平均汽化性能；第15页第15页第二节 平均分子量 石油分子量是进行炼油设计、关联石油物性、研究石油化学组成中所必不可少基础数据。因为石油及其产品是由许多分子大小不同化合物所组成复杂混合物，而各种合物分子量又各不相同，其范围也很宽，因此只能用平均分子量来表示。 第16页第16页 石油及产品理化性质 1. 定义（1）数均相对分子质量体系中不同分子摩尔分率与其对应分子量乘积总和。式中：ni组分i摩尔分率； Ni组分i摩尔数； Wi组分i质量； 第17页第17页 石油及产品理

6、化性质 （2）重均相对分子质量体系中不同分子质量分率与其对应分子量乘积总和。式中：wi组分i质量分率 第18页第18页 石油及产品理化性质 经验方程： 石油馏分体积平均沸点，K；第19页第19页 石油及产品理化性质 表3-1 原油及各馏分油平均相对分子质量名称20密度 kg/m3平均相对分子质量碳数平均碳数原油8001000汽油馏分740 770100 120C5 C118轻柴油馏分820 870210 240C11 C2016润滑油馏分850 940370 500C20 C3630渣油920 1000900 1100C3670煤油馏分180 200石油馏分平均相对分子质量随沸程升高而增大。第

7、20页第20页2、数均分子量测定办法测定办法冰点下降法沸点上升法蒸气压渗入法渗入压法第21页第21页3、石油及其馏分数均分子量图3-3 几种原油馏分分子量分布 第22页第22页石油各馏分数均分子量是随馏分沸程上升而增大。当沸程相同时，石蜡基原油如大庆原油数均分子量最大，中间基原油如胜利原油次之，而环烷基原油如辽河欢喜岭原油最小。 第23页第23页表3-2 石油各馏分平均分子量范围及与碳数关系 馏分沸程，碳数范围平均碳数平均分子量汽油馏分500C35709001100第24页第24页第三节 密度和相对密度 API值与密度成反比关系。 ：t时物质密度； ：原则密度； ：相对密度； ：原则相对密度；

8、 ：（欧美）； ：表示油品相对密度, 1.几种符号意义 第25页第25页油品密度测定办法 密度计法 比重瓶法 第26页第26页2、液体油品相对密度与温度、压力关系 温度升高，油品体积膨胀，密度和相对密度减小。 在050温度范围内，t时相对密度与20 时相对密度之间存在下列关系 :式中：油品体积膨胀系数 第27页第27页 液体受压后，体积改变不是太大，因而通常压力对液体石油产品密度影响能够忽略不计。但在很高压力下油品密度要受到压力影响。 第28页第28页3、混合油品密度 当属性相近两种或各种油品混合时，其体积含有可加性，因此混合油品密度mix可按下式计算： 式中：vi和wi组分i体积分率和质量分

9、率。 第29页第29页 烃类相对密度与其分子结构相关。芳香烃C-C键长最短，其结构最为紧凑；环烷烃结构与芳烃相比，其分子结构要松弛一些；烷烃分子C-C键键长最长，其分子结构最松弛。4.密度与化学构成关系第30页第30页 因而对于相同碳数烃类而言，芳烃分子体积最小，也就是说它每个碳原子所占体积最小，因而其相对密度最大；环烷烃分子结构比烷烃也要紧凑些，因此其相对密度也比烷烃要大；烷烃分子相对密度最小。 第31页第31页表3-2 各族烃类相对密度（ ）烃类C6C7C8正构烷烃0.65940.68370.7025正构烯烃0.67320.69700.7149正烷基环己烷0.77850.76940.787

10、9正烷基苯0.87890.86700.8670第32页第32页 石油及产品理化性质 碳原子数相同时： 芳香烃环烷烃烷烃， 烯烃烷烃 同族烃类，伴随分子量增长： 正构烷烃相对密度增长； 正烷基环己烷相对密度增长； 正烷基苯相对密度减小； 结论第33页第33页表3-4 原油及其馏分相对密度范围油品相对密度油品相对密度原油0.81.0轻柴油0.820.87汽油0.740.77减压馏分0.850.94航空煤油0.780.83减压渣油0.921.05、石油及其馏分相对密度第34页第34页馏份, 大庆胜利孤岛羊三木IBP2000.74320.7446-0.76502002500.80390.82040.8

11、6520.86302503000.81670.82700.88040.89003003500.82830.83500.89940.91003504000.83680.86060.91490.93204004500.85740.88740.93490.94334505000.87230.90670.93900.94835000.92210.96981.00200.9820原油0.85540.90050.94950.9492原油属性石蜡基中间基环烷-中间基环烷基表3-5 不同原油各馏分相对密度 第35页第35页 石油及产品理化性质 不同属性原油相同沸程馏分： 环烷基中间基石蜡基 同一个原油，随馏分

12、沸程升高密度逐步 增大；第36页第36页 原因在于：环烷基原油由于其环烷烃和芳烃含量较高，因而其相对密度较大；而石蜡基原油因烷烃含量较高，因此其相对密度较小。相同原油馏分伴随其沸点升高，芳烃含 量增长，而烷烃含量减少，因而其相对密度 增长。第37页第37页5、特性因数和相关指数 特性因数K： 相关指数BMCI： 第38页第38页正构烷烃BMCI最小，基本为零；环烷烃次之，在50下列；芳香烃最大，在100下列。 换言之，油品BMCI越大，其芳香性越强；而BMCI越小，表明其石蜡性越强。 正构烷烃K值最大，约为12.7；环烷烃次 之，为1112；芳香烃最小，为1011 。第39页第39页表3-5

13、各原油窄馏分K值和BMCI值 原油KBMCI原油基属大庆12.012.61724石蜡基中原11.712.61729石蜡基胜利11.212.21439中间基辽河11.411.92847中间基孤岛11.111.73657环烷-中间基羊三木11.111.74962环烷基第40页第40页环烷基原油K值小，而BMCI值大 。 因而K值和BMCI值能够较好地反应原油 化学属性。 石蜡基原油K值大，BMCI值小。第41页第41页第四节 粘度 粘度是评估油品流动性质量指标，是油品尤其是润滑油质量原则中主要参数，也是炼油设计中不可缺乏物理性质 。 粘度就是表达流体作相对运动时分子之间摩擦阻力大小指标。第42页第

14、42页一、粘度定义1、绝对粘度（） 绝对粘度又称动力粘度，它由牛顿方程式所定义 ：式中：F作相对运动两流层间内摩擦力(剪切力)，N； A两流层间接触面积，m2 dv两流层间相对运动速度，m/s dl两流层间距离，m 流体内部摩擦系数，即该流体绝对粘度，Pas 第43页第43页牛顿流体：绝对粘度不随流体剪切速 度梯度dv/dl改变而改变体系。在SI单位制中，绝对粘度单位为Pas 。非牛顿流体：绝对粘度不是定值随流体 剪切速度梯度dv/dl改变而变 化体系。第44页第44页2、运动粘度 惯用粘度是运动粘度，它是绝对粘度与相同温度和压力下液体密度之比值，即： 在SI单位中，运动粘度单位是mm2/s。

15、 第45页第45页3、条件粘度 恩氏粘度 ：以油品从恩氏粘度计流出200mL时间 与流出200mL水所用时间之比值。雷氏粘度 ：50mL油品从雷氏粘度计中流出 时间（秒） 。赛氏粘度 ：60mL油品流出赛氏粘度计时间 （秒） 。第46页第46页二、粘度测定办法 运动粘度测定办法是用毛细管粘度计法。当油品在层流状态下流经毛细管时，其流动状态符合下列关系式：第47页第47页 在毛细管粘度计中油品流动是靠本身重力作用。 油品运动粘度是与一定体积该油品流经毛细管时间成正比。第48页第48页 石油及产品理化性质 三、 粘度与化学构成关系表3-6 烃类粘度 (25) 化合物绝对粘度化合物绝对粘度化合物绝对

16、粘度正己烷0.298环己烷0.895苯0.601正庚烷0.396甲基环己烷0.683甲苯0.550正辛烷0.514乙基环己烷0.785乙基苯0.635正壬烷0.668丙基环己烷0.931丙基苯0.796正癸烷0.859丁基环己烷1.204丁基苯0.957第49页第49页 石油及产品理化性质 表3-7 烃类分子中环数对粘度(98，mm2/s)影响 化合物运动粘度化合物运动粘度2.493.292.534.982.7410.103.82第50页第50页 石油及产品理化性质 结论： 同一系列烃类，其粘度伴随碳数（分子量） 增长而增长；相同碳数各族烃类，环状结构分子粘度大 于链状结构分子粘度，并且环数越

17、多，粘 度越大，环烷烃芳香烃 烷烃；第51页第51页 石油及产品理化性质 四、油品粘度与温度关系 油品粘度随温度改变性质称为粘温性质。 阐明： 油品粘度随温度改变幅度小，阐明油品 粘温性好；油品粘度是随温度升高而减少。 第52页第52页 石油及产品理化性质 粘温性表示办法 表征油品粘温性质指标有两种：粘度指数（简称VI）H油：L油： 人为要求粘温性质良好宾夕法尼亚原油所有窄馏分粘度指数均为100。 人为要求粘温性质差德克萨斯海湾沿岸原油所有窄馏分粘度指数均为0。 第53页第53页 石油及产品理化性质 当VI100时：式中：U试样在40时运动粘度； Y试样在100时运动粘度； H与Y相同H原则油

18、在40时运动粘度； L与Y相同L原则油在40时运动粘度；当VI为0100时：第54页第54页 石油及产品理化性质 阐明： 粘度指数VI越大，表明油品粘温性质越好。 粘度比 50时运动粘度与100时运动粘度比值。 油品粘度比越小，表示该油品粘温性质越好。 第55页第55页 石油及产品理化性质 粘温性与化学构成关系 化合物VI化合物VIn-C261771251607214411740101-70表3-8 各种烃类粘度指数(VI) 第56页第56页 石油及产品理化性质 续表3-8 各种烃类粘度指数(VI) 化合物VI化合物VI70144-61221081407753-15-66第57页第57页正构烷

19、烃粘温性质优于异构烷烃，异构化程度越高，其粘温性质越差；环状烃（环烷烃和芳烃）粘温性质比链状烃要差，环数越多，粘温性质越差；分子中环数相同时，侧链越长，其粘温性质越好；第58页第58页正构烷烃粘温性质最好；带有少分支长烷基侧链少环烃类和分支程度不高异构烷烃粘温性质比较好；多环短侧链环状烃类粘温性质很差；第59页第59页 石油及产品理化性质 4.石油及其馏分粘度与粘温性 表3-9 石油减压馏分粘度比和粘度常数原油沸程，50,mm2/s100,mm2/s50/100VI大庆石蜡基3504006.912.662.6020040045015.824.653.40140新疆中间基35040013.003

20、.703.518040045039.747.455.3370450500128.816.207.9560羊三木环烷基35040023.274.724.930400450146.313.6610.71-35450500356.923.3715.27300(开杯)爆炸下限表3-13 石油馏分闪点 沸程越高，闪点也就越高。 第80页第80页 石油及产品理化性质 汽油闪点是相称于爆炸上限油品温度，而煤、柴油和润滑油等闪点是相称于爆炸下限时油品温度。石油产品馏程越轻，蒸汽压越大，闪点越低。闪点越低表明其着火危险性越大。阐明：油品名称闪点/危险等级备注溶剂油类/汽油/苯类1204级可燃品第81页第81页

21、石油及产品理化性质 闪点是一个严格条件性试验参数，试验时条件不同， 闪点也不同。轻质油品采取闭口杯法测定（GB/T261）； 重质油品和润滑油采取开口杯法（GB/T267）。同一油 品闪点：开口杯闭口杯重质油品中混入少许轻质油时，闪点大大下降，而且开 口杯闪点与闭口杯闪点差异也大大增大。能够经过某 种油品闪点大小来判断其是否掺杂了其它油品。比如 润滑油中混入了少许低沸点油品，则其闪点会大大降低。第82页第82页2、燃点与自燃点 燃点定义：石油产品在要求条件下，加热到接触火焰能点燃燃烧不少于5秒钟最低温度。 自燃点定义：在无外界火源情况下，油品能被空气猛烈氧化而造成自行燃烧最低温度。 第83页第83页油品沸程越低，其燃点也就越低。燃点是鉴定油品在储存和使用时火灾危险程度一个指标。 油品沸程越低，其分子量越小，其自